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Equation of state for gaseous nitrogen determined from isotropic model potentials

Authors

  • K. O. Monago

    Corresponding author
    1. Department of Pure and Industrial Chemistry, University of Port Harcourt, P M B 5323 Choba, Port Harcourt, Nigeria
    • Department of Pure and Industrial Chemistry, University of Port Harcourt, P M B 5323 Choba, Port Harcourt, Nigeria.
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Abstract

A four-term virial equation of state was combined with isotropic potential models to predict accurate volumetric and caloric thermodynamic properties of nitrogen in the gas phase. The parameters of the model potentials were determined from a fit to acoustic data alone; no other data was used. For nitrogen, it was only necessary to approximate the fourth virial coefficient at the level of interactions that contained no more than one triplet potential; higher order approximations offered no further advantage. It was shown that the four-term virial equation was more accurate than the three-term analogue. It was found that predicted virial coefficients became consistent with experimental values when temperature was >150 ± 30 K; conversely, below this range virial coefficients predicted by the model did not agree with experiment. It was believed that predicted fourth virial coefficient was reliable and accurate only above about 150 K. Predicted compressibility factors deviated by <0.05% at pressures of up to 10–12 MPa, or densities up to 4 mol/dm3 (≈0.4ρc), only when temperature was >220 K. Values of enthalpy predicted from the equation of state showed good agreement with experimental data.

Abstract

Une équation d'état viriale à quatre termes a été combinée avec des modèles de potentiel isotropique afin de prédire avec précision les propriétés volumétriques et caloriques thermodynamiques de l'azote en phase gazeuse. Les paramètres des potentiels de modèle ont été déterminés à partir d'une adaptation unique aux données acoustiques. Aucune autre donnée n'a été utilisée. Pour l'azote, il est seulement nécessaire d'approximer le quatrième coefficient virial au niveau des interactions qui ne contiennent pas plus d'un potentiel de triplet; les approximations d'ordre supérieur n'offrent pas d'avantages supplémentaires. On a montré que l'équation viriale à quatre termes est plus précise que l'analogue à trois termes. Il a été conclu que les coefficients viriaux prédits correspondaient à 30 K. Réciproquement, les valeurs expérimentales correspondant à une température de plus de 150 en-dessous des coefficients viriaux de cet intervalle prédits par le modèles ne sont pas en accord avec l′expérimentation. Je considère que le quatrième coefficient virial prédit n'est fiable et précis qu'au-dessus d'environ 150 K. Les facteurs de compressibilité prédits dévient de moins de 0,05 pour cent à des pressions pouvant atteindre jusqu'à 10–12 MPa ou des densités pouvant atteindre jusqu'à 4 c), seulement lorsque la température est supérieure à 220 K. Les valeurs de ρ 0,4 ≈ mol/dm3 (l′enthalpie prédite à partir de l′équation d'état montraient une bonne correspondance avec les données expérimentales.

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